CN106282756A - 一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法。包括该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.5～3.8％，Cr：10.5～15.5％，N：2.5～2.8％，Ti：2.5～2.8％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝3～5，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1～1.5。本发明通过采用的钛与碳形成碳化钛，在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,碳化钛原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度，有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。

Description

一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别是涉及一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法。
背景技术
导辊是在型钢轧制过程中，使轧钢件发生塑性变形的的部件，主要承受轧制时的动静载荷，磨损，轧机导辊因其长期工作在高温环境下且又承受激热激冷的冲击，使得导辊的使用寿命短、消耗量大、更换频繁，并已成为目前制约钢材生产的瓶颈之一。
早期的导辊材料是合金碳钢和铸铁，其产品耐磨性差、使用寿命低，后来使用WC硬质合金，虽然有效地改善了其耐磨性，但是仍然存在脆性大、耐激热激冷性差，使用中会发生“粘钢”现象，导致红钢不能顺利轧制，进而影响产品的表面质量，镍基导卫材料抗热冲击性能和抗高温氧化性能好，但是其价格昂贵，经济效益差，目前，轧机导辊大多采用奥氏体耐热钢，该材质具有较好的高温稳定性和韧性，但是其高温耐磨性差，致使产品磨损严重，使用寿命低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法，通过采用的钛与碳形成碳化钛，通过调整碳含量可以使导辊材料的硬度达到HRC60～75。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，包括该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.5～3.8％，Cr：10.5～15.5％，N：2.5～2.8％，Ti：2.5～2.8％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝3～5，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1～1.5。
进一步地，所述该高温耐磨合金材料还包含了Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分别为：Si：0.8～1.10％，Mn：0.8～1.0％。
进一步地，所述该高温耐磨合金材料还包含了Mo和V；Mo和V所占的质量百分比分别为：Mo：1.2～2.3％、V：0.2～0.4％。
进一步地，所述该高温耐磨合金材料包含的N通过渗氮方式合成。
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，配料及装料：将废钢、钛、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁按以下化学成分的质量百分比进行原材料的配料：C：3.5～3.8％，Cr：10.5～15.5％，N：2.5～2.8％，Ti：2.5～2.8％，Si：0.8～1.10％，Mn：0.8～1.0％，Mo：1.2～2.3％、V：0.2～0.4％；
步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉；
步骤三，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉。
进一步地，所述步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉，当合金溶液温度达到1600℃时，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉进行调整，当合金溶液升温至1660℃且圆杯试样收缩良好时，拔出一半炉渣，插入0.2％的硅钙进一步脱氧，然后往渣面上撒一层石灰粉和铝粉的脱氧剂，当合金溶液温度达到1680℃以上时，除去全部炉渣，随即加入0.07％的冰晶石粉并将铝垂直插入炉底，然后搅拌钢液，停电倾炉出钢，获得液态的高温耐磨合金材料，即合金材料钢液，冷却后即得轧机导辊用高温耐磨合金材料。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的高温耐磨合金材料中采用的钛与碳形成碳化钛，在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,碳化钛原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度，有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。
2、本发明的高温耐磨合金通过调整碳含量可以使导辊材料的硬度达到HRC60～75，它不仅硬度高，而且加入了1.2～2.0％的硅，能与铬形成致密的氧化层保护膜，具备了良好的抗高温氧化性能，而且加入的C、Cr、V和Mo能较好地提高合金的淬透性，其中V还能细化晶粒生成熔点高，硬度高的VC碳化物，使热处理后的导辊具有更高的高温耐磨性和高温热强性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，包括该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.5％，Cr：10.5％，N：2.5％，Ti：2.5％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝3，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分别为：Si：0.8％，Mn：0.8％。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Mo和V；Mo和V所占的质量百分比分别为：Mo：1.2％、V：0.2％。
其中，该高温耐磨合金材料包含的N通过渗氮方式合成。
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，配料及装料：将废钢、钛、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁按以下化学成分的质量百分比进行原材料的配料：C：3.5％，Cr：10.5％，N：2.5％，Ti：2.5％，Si：0.8％，Mn：0.8％，Mo：1.2％、V：0.2％；
步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉；
步骤三，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉。
其中，步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉，当合金溶液温度达到1600℃时，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉进行调整，当合金溶液升温至1660℃且圆杯试样收缩良好时，拔出一半炉渣，插入0.2％的硅钙进一步脱氧，然后往渣面上撒一层石灰粉和铝粉的脱氧剂，当合金溶液温度达到1680℃以上时，除去全部炉渣，随即加入0.07％的冰晶石粉并将铝垂直插入炉底，然后搅拌钢液，停电倾炉出钢，获得液态的高温耐磨合金材料，即合金材料钢液，冷却后即得轧机导辊用高温耐磨合金材料。
常温性能测试：
微观硬度：基体中细小、弥散、均匀分布的碳化物的显微硬度为HV1600～1680；宏观硬度：导卫工作表面层硬度HRC65.8～66.5；冲击韧性：11J/m2。
经过试验测试，平均使用寿命为：过钢量2320吨。
实施例二
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，包括该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.8％，Cr：15.5％，N：2.8％，Ti：2.8％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝5，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1.5。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分别为：Si：1.10％，Mn：1.0％。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Mo和V；Mo和V所占的质量百分比分别为：Mo：2.3％、V：0.4％。
其中，该高温耐磨合金材料包含的N通过渗氮方式合成。
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，配料及装料：将废钢、钛、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁按以下化学成分的质量百分比进行原材料的配料：C：3.8％，Cr：15.5％，N：2.8％，Ti：2.8％，Si：1.10％，Mn：1.0％，Mo：2.3％、V：0.4％；
步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉；
步骤三，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉。
其中，步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉，当合金溶液温度达到1600℃时，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉进行调整，当合金溶液升温至1660℃且圆杯试样收缩良好时，拔出一半炉渣，插入0.2％的硅钙进一步脱氧，然后往渣面上撒一层石灰粉和铝粉的脱氧剂，当合金溶液温度达到1680℃以上时，除去全部炉渣，随即加入0.07％的冰晶石粉并将铝垂直插入炉底，然后搅拌钢液，停电倾炉出钢，获得液态的高温耐磨合金材料，即合金材料钢液，冷却后即得轧机导辊用高温耐磨合金材料。
常温性能测试：
微观硬度：基体中细小、弥散、均匀分布的碳化物的显微硬度为HV1700～1750；宏观硬度：导卫工作表面层硬度HRC67.5～69.5；冲击韧性：11J/m2。
经过试验测试，平均使用寿命为：过钢量2120吨。
实施例三
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，包括该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.75％，Cr：12.5％，N：2.62％，Ti：2.7％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝3.5，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1.25。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分别为：Si：1.1％，Mn：1.0％。
其中，该高温耐磨合金材料还包含了Mo和V；Mo和V所占的质量百分比分别为：Mo：1.8％、V：0.3％。
其中，该高温耐磨合金材料包含的N通过渗氮方式合成。
一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，配料及装料：将废钢、钛、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁按以下化学成分的质量百分比进行原材料的配料：C：3.75％，Cr：12.5％，N：2.62％，Ti：2.7％，Si：1.1％，Mn：1.0％，Mo：1.8％、V：0.3％；
步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉；
步骤三，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉。
其中，步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉，当合金溶液温度达到1600℃时，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉进行调整，当合金溶液升温至1660℃且圆杯试样收缩良好时，拔出一半炉渣，插入0.2％的硅钙进一步脱氧，然后往渣面上撒一层石灰粉和铝粉的脱氧剂，当合金溶液温度达到1680℃以上时，除去全部炉渣，随即加入0.07％的冰晶石粉并将铝垂直插入炉底，然后搅拌钢液，停电倾炉出钢，获得液态的高温耐磨合金材料，即合金材料钢液，冷却后即得轧机导辊用高温耐磨合金材料。
常温性能测试：
微观硬度：基体中细小、弥散、均匀分布的碳化物的显微硬度为HV1650～1720；宏观硬度：导卫工作表面层硬度HRC65.5～67.5；冲击韧性：11J/m2。
经过试验测试，平均使用寿命为：过钢量2150吨。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，其特征在于，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：3.5～3.8％，Cr：10.5～15.5％，N：2.5～2.8％，Ti：2.5～2.8％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝3～5，Ti和C之间的质量百分比的比例为：Ti/C＝1～1.5。
2.根据权利要求1所述的一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，其特征在于，所述该高温耐磨合金材料还包含了Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分别为：Si：0.8～1.10％，Mn：0.8～1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，其特征在于，所述该高温耐磨合金材料还包含了Mo和V；Mo和V所占的质量百分比分别为：Mo：1.2～2.3％、V：0.2～0.4％。
4.根据权利要求1所述的一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料，其特征在于，所述该高温耐磨合金材料包含的N通过渗氮方式合成。
5.如权利要求1-4任一所述的一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，配料及装料：将废钢、钛、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁按以下化学成分的质量百分比进行原材料的配料：C：3.5～3.8％，Cr：10.5～15.5％，N：2.5～2.8％，Ti：2.5～2.8％，Si：0.8～1.10％，Mn：0.8～1.0％，Mo：1.2～2.3％、V：0.2～0.4％；
步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉；
步骤三，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉。
6.根据权利要求5所述的一种精轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二，将废钢、钼铁、钛、铬铁和钒铁在装料时加入感应电炉，当合金溶液温度达到1600℃时，将锰铁、硅铁在熔炼过程中加入感应电炉进行调整，当合金溶液升温至1660℃且圆杯试样收缩良好时，拔出一半炉渣，插入0.2％的硅钙进一步脱氧，然后往渣面上撒一层石灰粉和铝粉的脱氧剂，当合金溶液温度达到1680℃以上时，除去全部炉渣，随即加入0.07％的冰晶石粉并将铝垂直插入炉底，然后搅拌钢液，停电倾炉出钢，获得液态的高温耐磨合金材料，即合金材料钢液，冷却后即得轧机导辊用高温耐磨合金材料。
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